【題目】基因敲除是一種基因工程操作技術(shù),該技術(shù)針對(duì)某個(gè)序列已知但功能未知的基因,改變其結(jié)構(gòu),使其功能喪失,進(jìn)而推測(cè)出該基因的生物學(xué)功能。

(1)將基因敲除雜合子小鼠雌雄互交,剪取子代小鼠尾尖,提取得到鼠尾組織基因組DNA,使用特定的引物,采用_________方法進(jìn)行擴(kuò)增并電泳,得到如圖結(jié)果。圖中WT所對(duì)應(yīng)的是野生型小鼠,KO和HET對(duì)應(yīng)的分別是_________。對(duì)所有子代鼠的電泳結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),WT、HET、KO的數(shù)量比例約為1∶2∶1,說(shuō)明該基因的遺傳符合_________定律。

(2)敲除基因的純合子往往生活力和繁殖力低,甚至?xí)谂咛テ谒劳,妨礙了對(duì)該基因在成年動(dòng)物體內(nèi)功能的研究。需要重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序,使基因的敲除發(fā)生在成年動(dòng)物特定組織和特定時(shí)間內(nèi)。

①在腎臟集合管細(xì)胞中,AQP2啟動(dòng)子特異性地與_________結(jié)合,開始轉(zhuǎn)錄并產(chǎn)生水通道蛋白,這被稱為基因的_________。

②研究人員找到了一段被稱為loxP位點(diǎn)的DNA序列,該序列是酶C的作用位點(diǎn),如下圖所示,當(dāng)基因X位于_________時(shí),在酶C的作用下被敲除。

③采用基因工程等方法獲得在某基因兩側(cè)插入LoxP序列的純合小鼠A。一般情況下,小鼠A的表現(xiàn)型與野生型小鼠_________(相同/不同)。

④另外獲得一種轉(zhuǎn)基因小鼠B,在轉(zhuǎn)入的酶C基因前插入_________序列,可以使酶C在腎臟集合管處表達(dá)。

(3)請(qǐng)根據(jù)以上材料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序獲得只在腎臟集合管處進(jìn)行基因敲除的小鼠:_________。

【答案】 PCR 基因敲除純合子和雜合子 基因的分離 RNA聚合酶 選擇性表達(dá) 兩個(gè)方向相同的loxP位點(diǎn)之間 相同 AQP2基因啟動(dòng)子 讓小鼠A和B雜交,子代自交,②通過(guò)PCR擴(kuò)增和核酸分子雜交等方法鑒定和選擇, ③獲得含有LoxP序列和連接AQP2啟動(dòng)子的酶C基因的純合子小鼠

【解析】本題以科研成果為背景,考查的知識(shí)有基因工程、基因分離定律和基因自由組合定律的實(shí)質(zhì)及應(yīng)用、基因的表達(dá)等,意在考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí),解決生物學(xué)問(wèn)題的能力。

(1)體外DNA擴(kuò)增可用PCR技術(shù);據(jù)圖中DNA電泳帶分析,WT所對(duì)應(yīng)的是野生型小鼠,DNA均是661bp,KO所對(duì)應(yīng)的DNA均是200bp,表示基因敲除純合子,HET對(duì)應(yīng)的DNA有兩個(gè)電泳帶,分別是661bp 200bp,表示基因敲除雜合子;基因敲除雜合子小鼠雌雄互交,子代的基因型數(shù)量比例約為1:2:1,說(shuō)明該基因的遺傳符合基因的分離定律。

(2)①轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA聚合酶能特異性識(shí)別啟動(dòng)子并與之結(jié)合,啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。在腎臟集合管細(xì)胞中水通道蛋白基因表達(dá),產(chǎn)生水通道蛋白,這種現(xiàn)象稱為基因的選擇性表達(dá);

據(jù)圖可知,當(dāng)基因X位于兩個(gè)方向相同的loxP位點(diǎn)之間時(shí),能在酶C的作用下被敲除。

據(jù)題干,目的基因?qū)肭暗男∈笫羌兒献樱瑢?dǎo)入目的基因后相當(dāng)于雜合子,仍表現(xiàn)顯性性狀,即小鼠A的表現(xiàn)型與野生型小鼠相同。

欲使酶C基因在腎臟集合管處表達(dá),可在酶C基因前插入AQP2基因啟動(dòng)子序列。

(3)插入LoxP序列的小鼠A相當(dāng)于雜合子,基因型設(shè)為Aa,連接AQP2啟動(dòng)子的酶C基因的小鼠B相當(dāng)于雜合子,基因型設(shè)為Bb,即小鼠A、B的基因型為AaBBAABb,要獲得只在腎臟集合管處進(jìn)行基因敲除的小鼠即aabb的純合子,可將讓小鼠AB雜交,子代自交,通過(guò)PCR擴(kuò)增和核酸分子雜交等方法對(duì)F2代進(jìn)行鑒定和選擇,獲得含有LoxP序列和連接AQP2啟動(dòng)子的酶C基因的純合子小鼠。

[點(diǎn)睛]:本題解題關(guān)鍵是:1.對(duì)題干信息的提取,分析其中的關(guān)鍵語(yǔ)句,充分聯(lián)系教材,找到與教材的銜接點(diǎn);2. 分析圖示內(nèi)容,讀懂DNA電泳帶的含義,分析表現(xiàn)型對(duì)應(yīng)的基因型;根據(jù)圖示過(guò)程分析基因敲除的方法及原理,給合題文要求,聯(lián)系教材的有關(guān)原理、概念等,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

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(1)圖甲中雪兔和狼之間存在明顯的種間關(guān)系是________。

(2)假如北極狐的食物1/2來(lái)自雷鳥,1/8來(lái)自植物,且該系統(tǒng)能量從生產(chǎn)者到消費(fèi)者的傳遞效率為10%,從消費(fèi)者到消費(fèi)者的能量傳遞效率為20%,如果北極狐種群增加的能量為80 kJ,若不考慮其他變化的影響,則需要植物的能量是________kJ。

(3)圖乙中C代表的生態(tài)系統(tǒng)中的成分是________。

(4)下表表示圖乙生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)情況。

分析上表可知,流入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量為________(J),從第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)到第三營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率為________。從能量輸入和輸出來(lái)看,該生態(tài)系統(tǒng)的總能量是否增加?________。

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(1)激素種類多、量極微,既不組成細(xì)胞結(jié)構(gòu),又不提供能量,也不起催化作用,而是隨體液到達(dá)靶細(xì)胞,使靶細(xì)胞__發(fā)生變化。如激素A能與肝細(xì)胞結(jié)合并使血糖升高,其原因是______。

(2)人體內(nèi)需要源源不斷地產(chǎn)生激素,以維持激素含量的動(dòng)態(tài)平衡,其原因之一是激素一經(jīng)靶細(xì)胞______后就被滅活。

(3)激素D能抑制T淋巴細(xì)胞合成和釋放淋巴因子。研究發(fā)現(xiàn),情緒壓力長(zhǎng)期得不到緩解的情況下,人體體液免疫能力會(huì)有所下降,分析其原因是__。

(4)下丘腦對(duì)激素D分泌的調(diào)節(jié)與對(duì)甲狀腺激素分泌的調(diào)節(jié)類似,由此推斷當(dāng)激素B的分泌量上升會(huì)使激素D的分泌量__(增加、不變、減少)。但健康人體內(nèi)激素D濃度不會(huì)持續(xù)過(guò)高,其原因是__。

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